專利名稱:一種改進的全平衡旋轉/往復運動裝置的制作方法
本實用新型涉及一種可將旋轉運動和往復運動進行互相轉換的機構。
普通的單拐曲柄連桿機構中，由于往復運動質量的慣性力，使得往復運動機械不可避免地出現(xiàn)振動，為了減小這種有害的振動，一般用蘭氏平衡法平衡。但蘭氏平衡法平衡到二次往復慣性力時，其機構已經(jīng)變得相當復雜了。
運用Kenjro ISHIDA教授提出的全平衡原理而設計的全平衡旋轉／往復運動機構齒輪箱，完滿地解決了振動平衡的問題。附件圖5、6、7、8所示是1969年英國專利№1223237，是根據(jù)上述原理設計成的2種全平衡的內(nèi)齒輪偏心盤旋轉／往復運動裝置。這兩種裝置中連桿的一頭是原動機，另一頭是能轉動的偏心環(huán)，偏心距為L，支承在箱體上，能旋轉的曲軸，以曲柄銷的形式構成了環(huán)的轉動軸。曲柄銷距曲軸轉動軸的距離等于L，曲軸能與偏心環(huán)配合起來以同樣的角速度而互相向相反的方向轉動，其效果使桿作直線往復運動。在這兩種機構中，平衡的問題是解決了，但仍存在以下三個缺點1.)在這種裝置中，曲軸必須做成可拆式，偏心盤和行星齒輪才可能裝在曲柄銷上，這樣的曲軸剛性差，為保證曲軸的幾何形狀及位置精度，必須提高曲軸的制造精度，給加工帶來困難。
2.)為保證偏心盤孔包過曲柄銷，而偏心盤盤心與曲柄銷中心相距為L，則偏心盤直徑就須足夠大，最小直徑必須Dmin≥2〔(L＋ (d)/2 )＋t〕(式中L－偏心距，d－曲柄銷直徑，t－偏心盤徑向允許的最薄厚度)，不可能再比Dmin小了，但偏心盤本身就是一個作往復運動的零件，它必然使往復運動的質量增大，隨之而來的自轉平衡塊和公轉平衡塊的質量也大，整個裝置的體積龐大，雖然平衡性可保證，但機構中另件相互間的作用力增大，摩擦力增大，O1與O2處的軸承負荷增大，致使機械效率降低。
3.)潤滑油進入曲軸的曲柄銷潤滑滾針軸承處，潤滑油易從兩端泄漏；為保證下一級偏心盤軸承的潤滑，必須在軸承的兩端設置防止?jié)櫥托孤┑拿芊饧Ａ硗?，偏心盤是一個直徑大、軸向短的形狀，使其保油性差。
本實用新型的目的在于設計一種改進的全平衡旋轉／往復運動裝置，使其曲軸加工容易(不需過高的加工精度)，安裝方便；結構緊湊，減小體積，改善潤滑，提高機構的機械效率。
本實用新型所設計的一種改進的全平衡旋轉／往復運動裝置，其結構如附圖2所示，它包括(一)箱體(34)、傳動軸(3)及其上的兩個傳動齒輪(6、21)和與之相嚙合的偏心孔齒輪(8)；(二)曲軸(13)及固接在曲軸主軸頸(16)上的行星小齒輪(10)；固定在曲柄臂(15)上的自轉平衡塊(18)和固定在偏心孔齒輪上的公轉平衡塊(19)；其特征在于(三)曲軸(13)為整體結構，曲軸的兩主軸頸(16)分別插入兩偏心孔齒輪(8)的套孔中；兩主軸頸上的行星小齒輪(10)與緊靠曲柄臂(15)布置的內(nèi)齒圈(12)兩兩嚙合；(四)內(nèi)齒圈(12)的一端為內(nèi)齒，另一端內(nèi)孔中嵌有軸承(9)與齒圈結合成為一體。
包括上述結構的裝置中，曲軸(13)為整體結構，這種整體式曲軸加工容易，安裝方便，克服了可拆式曲軸要求加工精度過高的弊端。
該裝置中的內(nèi)齒圈(12)如圖4和圖5所示。一端是齒，另一端是與滾動軸承(9)外徑同直徑的內(nèi)圓孔，將滾動軸承(9)嵌入或壓入內(nèi)齒圈中，使內(nèi)齒圈與軸承結合成為一體。在軸承與內(nèi)齒中間可以有臺階，也可以墊墊片，或在軸承與齒間留有縫隙，以保證滾動軸承(9)的正常運轉。最好將內(nèi)齒圈(12)做成雙邊卷出的卡瓦形式，利用這種雙邊卷出部分卡在箱體(34)上，用兩個螺釘將半圓形蓋壓緊，軸承和齒圈都固緊了。并且將這種內(nèi)齒圈(12)緊靠曲柄臂(15)布置，使整個裝置結構緊湊。
與內(nèi)齒圈(12)嚙合的行星小齒輪(10)固接在曲軸的主軸頸(16)上，主軸頸插入偏心孔齒輪(8)的孔套(17)中，這樣行星小齒輪(10)帶動曲柄臂(15)作行星運動，這種用曲柄臂取代原機構中的偏心盤作行星運動是本發(fā)明的特點之一，這樣就使往復運動質量大大減小，因而軸承負荷減小，使該裝置的機械效率得以提高。由于往復運動質量減小，使兩級平衡塊(自轉平衡塊與公轉平衡塊)質量也隨之減小，因而使整個裝置的體積減小。
該裝置由于上述結構的改進，使?jié)櫥吐芬部梢缘玫礁倪M，較好的方式是在曲軸的曲柄銷(14)和主軸頸(16)上沿軸心開有油道，偏心孔齒輪沿軸心也開有油道，軸心油道均由徑向油道連通。這樣油管接頭(7)通過螺紋旋緊在端蓋上，插入偏心孔齒輪的中心孔內(nèi)，油道如圖2中虛線所示，潤滑油沿中心線O1通至偏心孔中段，再垂直通到主軸頸，又經(jīng)過主軸頸內(nèi)的油道通至曲柄銷(14)，實現(xiàn)壓力油潤滑。這樣，改善了主軸頸(16)和曲柄銷(14)兩處的潤滑條件，克服了原機構潤滑不良的弊端，減少了摩擦阻力，提高了機構的機械效率。
該裝置中的兩個傳動齒輪(6)和(21)最好是同步可調(diào)的，其中齒輪(21)用鍵(20)與軸(3)固接，另一個齒輪(6)滑套在軸上，聯(lián)接短軸(5)用鍵(4)與軸(3)固接，滑套齒輪(6)與短軸(5)由螺釘(2)壓緊聯(lián)接在一起，滑套齒輪(6)上有三個或四個長螺釘孔，沿旋轉方向做成月牙形或者長形，齒輪(6)與短軸(5)可相對旋轉一個角度，在這個相對轉角范圍內(nèi)的任何位置都可由螺釘將它們壓緊在一起，這樣齒輪(21)與齒輪(6)通過調(diào)節(jié)，就可以達到同步傳遞的目的。
本實用新型所述的裝置由于加工容易，安裝方便，結構緊湊，體積小，潤滑充分，機械效率高，往復運動部件(活塞或滑塊)不受側向力，也不會橫向撞擊缸壁或導軌，即震動小，因而可用于所有的旋轉／往復運動機械中，如單缸內(nèi)燃機、空壓機、往復泵、縫紉機、剪草機、噴霧器、高速往復鋸床等，配置了本實用新型所述的裝置后，上述這類機器就可以不需固定，平放在一定的場所就能無震動地平穩(wěn)地工作。
附圖1、傳動裝置骨架示意圖。
附圖2、全平衡旋轉往復運動裝置裝配俯視圖。
附圖3、全平衡旋轉往復運動裝置主視圖。
附圖4、內(nèi)齒圈(12)的剖視圖。
附圖5、內(nèi)齒圈(12)的主視圖。
附圖6、傳動斜齒輪(6)的剖視圖。
附圖7、傳動斜齒輪(6)的主視圖。
附圖8、往復式摩擦試驗機總體布置圖。
為了減小往復運動的振動，根據(jù)Kenjro ISHIDA教授的全平衡原理，在曲柄臂上固有自轉平衡塊(18)，與曲柄銷方向相對；齒輪(8)上固有公轉平衡塊(19)，與偏心孔曲軸頸插入處相對。它們滿足下列條件m3·L＝m30·R30(m3＋m2＋m30)L＝m39·R39式中m3——等效往復質量；m30——以O2為軸除去平衡旋轉質量之外的多余部分質量；R30——m30質心到O2的距離；m2——以O1為軸未被平衡的旋轉質量；m39——公轉平衡塊質量；R39——公轉平衡塊質心到O1軸的距離。
下面是本實用新型的一個實施例，是將該裝置用于高速往復式摩擦試驗機上。
主電機(22)采用直流電動機，從300～3000轉／分可調(diào)，通過2根A型三角皮帶(24)將動力經(jīng)皮帶輪(23)和(1)傳給本裝置的輸入軸(3)，電機軸皮帶輪(23)計算直徑d1＝123毫米輸入軸端皮帶輪(1)計算直徑d2＝165毫米，傳動比為1.34。輸入軸上的傳動齒輪(6)和(21)為斜齒輪，齒數(shù)為45。與偏心孔齒輪嚙合，齒數(shù)為67，傳動比為1.488；總傳動比i總＝1.996傳動斜齒輪(21)用鍵與軸(3)聯(lián)接，齒輪(6)滑套在軸上，并開有四個沿旋轉方向的月牙形螺釘孔，聯(lián)接短軸(5)用鍵與輸入軸(3)聯(lián)接，用螺釘(2)穿過月牙形孔與齒輪(6)聯(lián)接，齒輪(6)與短軸(5)之間沿旋轉方向可調(diào)一個較小的角度，這樣就保證了雙邊輸入的同步性。
曲軸的主軸頸(16)套在偏心孔齒輪(8)的偏心孔中，曲軸上的行星小齒輪(10)與固定內(nèi)齒圈(12)嚙合，偏心孔距為27.5毫米，曲柄臂半徑為27.5毫米，模數(shù)為2.5。故內(nèi)齒圈分度園直徑110毫米，行星小齒輪(10)分度園直徑55毫米。內(nèi)齒圈(12)的齒數(shù)是行星小齒輪齒數(shù)的兩倍。當動力由傳動軸(3)輸入，經(jīng)減速傳動裝置帶的齒輪(8)轉動，從而帶動套在偏心孔中的曲軸頸(16)公轉，曲軸頸上的行星小齒輪(10)又與內(nèi)齒圈(12)嚙合，使曲軸繞中心軸線O1以等角速度ω公轉的同時還以同樣的角速度ω繞軸O2作反向自轉，這樣，曲柄銷就以4L為行程作往復直線運動，即連桿11帶動下試件(30)在導軌(29)上作往復直線運動。這是將旋轉運動轉換成往復直線運動；若反過來，將連桿一頭與內(nèi)燃機活塞相連，則可將往復直線運動轉換為旋轉運動。
圖8是上述往復摩擦式試驗機總體布置圖。它采用了本實用新型所稱全平衡傳動齒輪箱(34)及其如圖2所述結構，將該裝置置于機架(25)上，由測速電機(26)反饋電量進行控制，還配有油箱(27)油泵電機(28)。試驗機工作時，上試件(31)固定在試驗支架(32)上，并由上夾具體(33)支撐。
上述往復式摩擦磨損試驗機，由于配置了本實用新型所述裝置，與日本同類試驗機(昭57－16336)相比，轉速提高到1500轉／分(日本為1200轉／分)，行程加長到110mm(日本為50mm)，在高速(1500轉／分)強載(試件比壓120kgf／cm2)未裝地腳螺釘條件下進行試驗，震動僅在18微米以下。
權利要求
1.一種改進的全平衡旋轉/往復運動裝置，包括(一)箱體(34)傳動軸(3)及其上的兩個傳動齒輪(6、21)和與之相嚙合的偏心孔齒輪(8)；(二)曲軸(13)及固接在曲軸主軸頸(16)上的行星小齒輪(10)；固定在曲柄臂(15)上的自轉平衡塊(18)和固定在偏心孔齒輪上的公轉平衡塊(19)；其特征在于(三)曲軸(13)為整體結構，曲軸的兩主軸頸(16)分別插入兩偏心孔齒輪(8)的套孔中；兩主軸頸上的行星小齒輪(10)與緊靠曲柄臂(15)布置的內(nèi)齒圈(12)兩兩嚙合；(四)內(nèi)齒圈(12)的一端為內(nèi)齒，另一端內(nèi)孔中嵌有軸承(9)與齒圈結合成為一體。
2.根據(jù)權利要求
1所述的全平衡旋轉／往復運動裝置，其特征在于內(nèi)齒圈(12)做成雙邊卷出的卡瓦形式，利用雙邊卷出將內(nèi)齒圈卡在箱體(34)上。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的全平衡旋轉／往復運動裝置，其特征在于曲軸的曲柄銷和主軸頸沿軸心開有油道，偏心孔齒輪沿軸心也開有油道，軸心油道均由徑向油道連通。
4.根據(jù)權利要求
1所述的全平衡旋轉／往復運動裝置，其特征在于所述的傳動齒輪(6、21)是可調(diào)的，齒輪(21)用鍵(20)與軸(3)固接，齒輪(6)滑套在軸上，聯(lián)接短軸(5)用鍵(4)與軸(3)固接，齒輪(6)上有長螺釘孔，使其在一定角度內(nèi)可調(diào)。
專利摘要
該裝置涉及一種可將旋轉運動和往復運動進行互相轉換的機構。該裝置主要由減速傳動機構，曲柄連桿機構，平衡塊，內(nèi)齒圈等組成。其特征是曲軸為整體結構，內(nèi)齒圈的一端為內(nèi)齒，另一端內(nèi)孔中嵌有軸承與齒圈結合成為一體，因而加工方便，結構緊湊，并解決了主軸頸和曲柄銷壓力潤滑，提高了裝置的機械效率?？捎糜谒械男D/往復運動機械中，且無須地腳螺釘固定就能無震動地平穩(wěn)地工作。
文檔編號F16H37/00GK86206319SQ86206319
公開日1987年9月30日 申請日期1986年8月31日
發(fā)明者饒潤生, 周勁南 申請人:武漢水運工程學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan